최신 벌크폭약의 시공사례와 적용성에 관한 연구 A Construction Case Study Using the Newest Bulk Explosives & Comparison to the Ammonium Nitrate Fuel Oil(ANFO) and Emulsion Explosives원문보기
Emulan은 ANFO와 bulk Emulsion(Emulite)의 흔합물로서 ANFO입자 사이의 공간은 내수성을 가진 Emulite로 채워지기 때문에 에너지와 밀도가 확실하게 증가하며 뛰어난 내수성을 가진다. 따라서 높은 장전밀도와 고 함유 에너지로 인하여 ANFO 대비 천공 미터당 암석 파쇄량을 40 %이상 증가시킬 수 있으며 저항선과 공간격을 각각 20%이상 증가시킬 수 있다. 특히, 습윤상태가 심한 장소에서 ANFO를 대신하여 가장 경제적인 폭약임이 확인되었다. 본 연구에서는 최신 Bulk-type의 폭약(Emulan)과 AFPO 및 Emulsion계 폭약을 각각 사용하여 현장의 적용성, 상호 발파효과 및 효율성과 경제성 비교를 통하여 앞으로의 대규모 노천현장이나 석산에서 보다 적절하게 사용할 수 있는 화약류에 대하여 알아보고자 하였다.
Emulan은 ANFO와 bulk Emulsion(Emulite)의 흔합물로서 ANFO입자 사이의 공간은 내수성을 가진 Emulite로 채워지기 때문에 에너지와 밀도가 확실하게 증가하며 뛰어난 내수성을 가진다. 따라서 높은 장전밀도와 고 함유 에너지로 인하여 ANFO 대비 천공 미터당 암석 파쇄량을 40 %이상 증가시킬 수 있으며 저항선과 공간격을 각각 20%이상 증가시킬 수 있다. 특히, 습윤상태가 심한 장소에서 ANFO를 대신하여 가장 경제적인 폭약임이 확인되었다. 본 연구에서는 최신 Bulk-type의 폭약(Emulan)과 AFPO 및 Emulsion계 폭약을 각각 사용하여 현장의 적용성, 상호 발파효과 및 효율성과 경제성 비교를 통하여 앞으로의 대규모 노천현장이나 석산에서 보다 적절하게 사용할 수 있는 화약류에 대하여 알아보고자 하였다.
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가설 설정
- 장비 사용의 감소로 인건비와 기타 소모품비용을 절감할 수 있고 공사기간을 단축시킬수 있다.
제안 방법
대규모의 석산이다. 기존에 ANFO 를 사용하였던 현장으로 기존 설계패턴에 따라 천 공장을 10.8m, 14.4m로 하고 Emulan 적용시 ANFO설계 패턴에 비해 저항선과 공간격만 각각 20~25%증가시켜 시험발파를 실시하였다.
다음은 동일 현장에 대하여 다이너마이트와에멀젼계 폭약 및 에뮤란을 사용하여 시험을 한 결과를 비교한 data로 총 시험회수는 각각 5 회 이상 실시하였다. 경제성 비교는 사용폭약과 뇌관의 합산금액과 천공에 관련하는 각종 장비비 및 소모품 비용을 합산하였으며 인건비와 버럭 처리비용 및 기타 부대비용은 제외 시켰다.
이루어지는 암이다. 당 현장은 기존에 Dynamite 및 Emulsion 폭약을 사용하였던 현장으로 보다 경제적이고 안전하며 생산성 향상을 위한 발파패턴 검토 중 Emulan을 적용하여 기존패턴에 비해 암석의 파쇄도, 화약비용, 천공비용 및 인근 민가에 미치는 발파공해 저감 효과 등을 비교 검토하였다.
Emulsion계의 폭약의 경우 시공성이나 안전성 면에서 매우 유리하나 상대적으로 고가이며 ANFO 의 경우 수공에서 사용이 불가하다는 단점을 가지고 있다. 따라서 이 둘의 장점을 적절히 활용하여 ANFO에 비하여 우수한 폭속과 위력을 가지고 ANFO의 가장 큰 단점인 내수성을 완전히 보강하였으며 Emulsion계 폭약과 비교하여 상대적으로 비용을 절감하고 장전시간을 줄이는 등 전혀 새로운 개념의 Bulk Type의 폭약을 개발하게 되었다. 즉 ANFO의 입자사이를 Emulsion계 폭약으로 채움으로서 에너지와 밀도를 확실하게 증가시키며 동시에 내수성을 가지게 한 것이다.
온 현장이다. 천공장은 16.5m로 2회에 걸쳐 공 간격과 저항선을 각각 3.5 X 2.0 및 40X2.0으로 실시하였다.
대상 데이터
본 연구에서 소개하는 Bulk-typm의 폭약은 (주)고려노벨화약에서 현재 “Emulan” 이라는 상품명으로 생산중인 폭약으로 그 구조 및 성분과 특성에 대해서 알아보면 다음과 같다.
본 현장의 지층은 화강암으로써 수직 방향으로 절리가 잘 발달되어 있어, 발파가 상당히 양호하게 이루어지는 암이다. 당 현장은 기존에 Dynamite 및 Emulsion 폭약을 사용하였던 현장으로 보다 경제적이고 안전하며 생산성 향상을 위한 발파패턴 검토 중 Emulan을 적용하여 기존패턴에 비해 암석의 파쇄도, 화약비용, 천공비용 및 인근 민가에 미치는 발파공해 저감 효과 등을 비교 검토하였다.
성능/효과
기존의 ANFO를 사용한 발파패턴에 비해 저항선과 공간격을 각각 15%, 20% 증가시켰으나 직경 50cm 미만의 파쇄석이 전체 파쇄 암량의약 90%이상으로 파쇄상태가 매우 양호하였으며 천공수 절감에 따른 원가절감 효과와 배수가 어려운 지하채굴의 경우 Bulk 폭약의 사용이 기타 다른 폭약에 비해 유리할 것으로 판단된다. 또한 천공장의 증가에 따라 ANFO 대비비장약량의 감소효과를 볼 수 있어 규모가 큰 현장일수록 경제적인 발파작업이 될 수 있다.
따라서 Emulan을 사용하여 시공할 경우 천공과 폭약에 소요되는 비용만을 감안한다면 Dynamite 대비 mW 약 20~25%의 생산원가 절감효과가 있어 일일 암 생산량 6000m3, 월 작업 일수를 25일로 할 경우 년간 약 4억 5천만 원 ~ 5억원의 생산원가를 절감효과를 얻을 수 있다. 이는 인건비와 기타 소요 부대비용을 계산에 제외한 비용이므로 실제 더욱 큰 경제적 효과를 얻을 수 있다.
3cm/sec의 67% 수준이었다. 또한, 상부의 대괴량을 감소시키기 위해 전색장은 최대 3m로 제한하였으며 대괴 발생 가능성이 있는 지역에서는 공내에 뇌관을 2중으로 장약한 결과 기존발파패턴에 의한 파쇄도에 비해 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
버럭의 표면에 약 1~2m 정도의 파쇄석이 전체파쇄암량의 5~10 % 정도였으며 직경이 30cm 이하의 파쇄석이 전체 파쇄암량의 약 80 %이 되어밀장전에 따른 파쇄효과가 우수한 것으로 나타났다. 하지만 장공(長孔)발파에서 상대적으로 작은 저항선(2m)으로 인한 파쇄효과는 우수하였지만 nF당 장약량은 기존의 발파패턴에 비해 약 2배 정도로 적절한 설계패턴은 아니었다.
암석의 이동을 원활하게 하고 지발당 장약량을 최소화하기 위해 동일 단차 적용은 최대 3 공으로 한 결과 전체적으로 암석의 이동량이 많았고 소음 및 진동치는 인근 민가에서 각각 72dB, 0.2cm/sec 정도로 계측되어 기준치 0.3cm/sec의 67% 수준이었다. 또한, 상부의 대괴량을 감소시키기 위해 전색장은 최대 3m로 제한하였으며 대괴 발생 가능성이 있는 지역에서는 공내에 뇌관을 2중으로 장약한 결과 기존발파패턴에 의한 파쇄도에 비해 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
이상과 같은 시험 발파 비교표를 통하여 알 수 있듯이 최신폭약 Emulane 기존 폭약의 천공 간격과 최소 저항선을 최소 20%씩 증가할 수가 있고 이에 따라서 동일 면적 당 천 공수가 기존 폭약에 비하여 약 40%이상 절감되는 효과를 볼 수 있다. 천공수가 절감이 된다는 것은 1발파에 소요되는 시간이 절감되는 것을 나타내며, 결국 발파에 소요되는 모든 비용의 절감을 의미한다.
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